近期，烟台大学姜付义和孙建超研究团队在中科院一区Journal of Energy Chemistry（IF：9.676）上发表了题为“Electrochemically induced phase transition in a nanoflower vanadium tetrasulfide cathode for high-performance zinc-ion batteries”的论文，提出了在初始循环中从四硫化钒到焦钒酸锌的相变反应机制，以及在后续循环中Zn²⁺在焦钒酸锌中的可逆嵌入脱出机制。该论文第一作者为烟台大学环材学院硕士研究生高士哲。

水系锌离子电池凭借其低成本、高安全性、环境友好等优点在大规模储能应用中显示了广阔的市场前景。与其他种类的正极材料相比，钒基化合物因其快速的多电子氧化还原反应、高的比容量、良好的循环稳定性，被认为是最具有竞争力的水系锌离子电池正极材料。迄今为止，钒基正极材料发展迅速，其中，具有类石墨烯层状结构的硫化钒受到了极大的关注。然而，目前报道的VS₄容量和循环寿命仍然不尽如人意，尤其是在高电流密度下（＞3 A g^-1）。最重要的是，电化学反应机理仍存在争议。因此，在构建高性能Zn-VS₄电池的背景下对储能机理的研究至关重要。

图1.(a)S 2p非原位XPS，(b)VS₄/CNTs电极循环300圈之后的形貌图，(c)VS₄/CNTs电极在循环过程中的反应机理示意图。

该工作报告了一种通过简便的水热法合成的VS₄/CNTs正极材料。结合结构和电化学机理的研究，提出了初始循环中从VS₄到ZVO的相变反应机制。随后，Zn²⁺在ZVO的开放框架结构中可逆地嵌入/脱出。 得益于ZVO的高Zn²⁺扩散系数和较大的晶面间距，正极材料提供了高可逆容量（1 A g^-1时为238 mAh g^-1），以及良好的倍率（0.25-7 A g^-1）和循环性能（5 A g^-1下1200次循环）。这样的结果表明，具有片状纳米花结构的VS₄/CNTs作为水系锌离子电池的正极材料具有广阔的前景。

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https://doi.org/10.1016/j.jechem.2022.01.003